Газотурбинный двигатель. фото. строение. характеристики.

Как устроен двигатель

Сам по себе двигатель довольно сложен по конструкции. Учитывать тут надо огромное количество деталей и нюансов

Так, например, важно помнить, что при разгоне двигателя температура воздуха в нем повышается до 1000 градусов. При этом он не должен деформироваться, загораться и т.д

Авиационный двигатель включает в себя такие элементы, как:

• Вентилятор
• Компрессор
• Камера сгорания
• Сопло
• Турбина

Перед турбиной стоит вентилятор, который позволяет затягивать воздух во время полета снаружи. У авиавентиляторов много лопастей, которые имеют определенную форму

И их размер, а также форма имеют крайне важное значение, т.к. именно за счет этого обеспечивается оптимальное заглатывание воздуха

Вентилятор также решает и такую задачу, как прокачка воздушных масс в пространстве между элементами двигателя и его оболочкой. Это способствует охлаждению системы.

Здесь же находится и компрессор, обладающий высокой мощностью, – он способствует транспортировке воздуха в камеру сгорания. Все происходит под давлением достаточно высокого уровня. Именно в камере начинается смешение воздушных масс и топлива. Такая смесь поджигается, начинается нагрев как самой смеси, так и всех элементов, которые находятся рядом. Чаще всего камеру делают из керамических составляющих – обусловлено такое состояние тем, что температура здесь доходить до 2 тысяч гр., а керамическая чаша устойчива к таким нагревам.

Смесь после прохождения всех этих этапов попадает в турбину. Она по своему внешнему виду напоминает довольно большое число лопаток. Они влияют на давление проходящего смесевого потока, вследствие чего и начинает приходить в свое движение турбина двигателя. После этого она начинает вращать вал, где стоит еще один необходимый элемент — вентилятор.

Движение смеси продолжается, и она переходит в сопло. И на этом заканчивается первый этап рабочего состояния двигателя. Начинает создаваться струя, которую называют реактивной. Вентилятор начинает гонять воздух, который еще холодный, через сопло, за счет чего он не разрушается от слишком высокой температуры смеси.

Сегодня, как отмечают эксперты, самыми лучшими считаются подвижные сопла – они могут расширяться и сжиматься. Кроме того, такие варианты могут регулировать угол, что помогает дать правильное направление воздуху. Самолет за счет этого приобретает наибольшую маневренность.

Теперь коснемся ТРДД

Именно они устанавливаются на современных «Эйрбасах» и «Боингах». Принцип их работы не отличается от принципа работы ТРД. Но конструктивно они сложнее, а их КПД выше.

Отличие заключается в том что трдд имеет два контура — внутренний и внешний.

Внутренний контур конструктивно такой же как и у TРД. Внешний контур не имеет камера сгорания и турбины — это канал с соплом в конце. Компрессор расположен после входного устройства и обслуживает оба контура.

Воздух проходит через компрессор низкого давления и делится на 2 потока. Один поток идёт по внутреннему контуру, где происходит тоже самое, что и в TРД. Второй поток  идёт во внешний контур. При этом происходят только гидравлические потеря энергии воздуха (трение). Затем воздух попадает в сопло внешнего контура и создает мощную тягу (до 80% всей тяги двигателя).

Главной характеристикой ТРДД является степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внутреннем контуре, к расходу воздуха во внешнем контуре. Это отношение может быть больше единицы или меньше.

Если это отношение больше 2-х единиц, то такие двигатели называет турбовентиляторными.

Самые современные двигатели имеют отношение в 12 единиц.

В настоящее время больше используются ТРДД. Они более эффективны экономичны.  Широко применяются для  истребителей-перехватчиков и для гигантских коммерческих и военно-транспортных самолетов.

Особенности турбовинтовых двигателей

После турбины часть энергии газа направляется на вращение компрессора, а другая часть через редуктор на вращение винта для создания тяги. Только десятая часть оставшейся энергии превращается в реактивную тягу, проходя через сопло.

Редуктор служит для того, чтобы понизить обороты, передаваемые на винт. Дело в том, что турбина вращается с частотой до 10 000 оборотов в минуту, а на винт нужно подавать не более 1 500 оборотов в минуту. К тому же винт обладает достаточно большой массой.

Имеются турбовинтовые двигатели с другой конструкцией. На них устанавливается свободная турбина. Её размещают за турбиной компрессора. Она имеет только газодинамическую связь с турбиной компрессора, поэтому и называется свободной. Свободная турбина установлена на одном валу с редуктором и винтом. В остальном принцип работы тот же. Такие ТВД можно использовать на земле как вспомогательные, при этом, не приводя в движение винт. Широко используются в транспортной и гражданской авиации.

Особенности турбовальных двигателей (ТВД)

Такими двигателями оснащаются современные вертолеты. Конструктивно они похожи на турбовинтовые двигатели. У них есть компрессор, камера сгорания, турбина компрессора, за ней расположено свободная турбина. Она не имеет механической связи со всей предыдущей конструкцией — только газодинамическую.

Обороты несущего винта очень низкие. Также от главного редуктора идёт вал, который через концевой и хвостовой редуктора передает вращение на хвостовой винт. Какие схемы используются на вертолётах конструкции Миля. На Камовских вертолётах применяется хаосная схема — там отсутствует хвостовой винт, но имеется два несущих винта. Один винт вращается по часовой стрелке, другой — против часовой.

Мы коснулись только авиационных двигателей, которые массово применяются в авиации на сегодняшний день. Имеются и другие конструкции, которые по разным причинам почти не используются. Ещё имеется класс ракетных двигателей.

Как получить рабочее тело?

Для приобретения рабочего тела в реактивных двигателях могут использоваться:

• Вещества, отбираемые из окружающей среды (к примеру, вода, либо воздух);
• Вещества, находящиеся в баках аппаратов или в камерах реактивных двигателей;
• Смешанные вещества, поступающие из окружающей среды и запасаемые на бортах аппаратов.

Современные реактивные двигатели главным образом используют химическую энергию. Рабочие тела представляют собой смесь раскаленных газов, которые являются продуктами сгорания химического горючего. Когда работает реактивный двигатель, химическая энергия от сгорающих веществ преобразуется в тепловую энергию от продуктов сгорания. В то же время тепловая энергия от горячих газов превращается в механическую энергию от поступательных движений реактивных струй и аппаратов, на которых установлены двигатели.

Сколько современный самолет может пролететь на одном двигателе

Раньше самолеты, летающие на большие расстояния , оборудовались тремя или четырьмя двигателями. Связано это было, в том числе, с возможными отказами двигателей. Если из четырех двигателей один откажет, самолет сможет лететь дальше на трех оставшихся.

Но четыре двигателя — это дорого и неэкономично. Авиация и двигателестроение развивались. Для того, чтобы самолеты летали далеко, стало достаточно двух двигателей. Надежность двигателей тоже возросла. А как же с безопасностью, ведь всякое бывает, в при отказе придется лететь на одном? Мощность двигателей выросла настолько, что в случае отказа одного из двигателей самолет мог продолжать полет на одном.

В 1953 году Федеральное авиационное агентство США ввело «правило 60 минут». По этому правилу двухмоторные самолеты могли летать по таким маршрутам, чтобы из любой точки могли долететь за 60 минут до ближайшего аэродрома. Международная организация гражданской авиации расширила эти требования до 90 минут.

Правила названы ETOPS ( Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards / Extended Twin OPerationS — Правила выполнения полётов увеличенной дальности воздушными судами с двумя газотурбинными двигателями). Все современные самолеты сертифицируются по этим правилам. Правила очень важны при выборе маршрута: либо самолет летит напрямую из точки А в точку B, либо делает зигзаги между аэродромами, которые могут его принять.

Позже правила для полета с отказавшим двигателем были распространены и на трех- и четырехдвигательных самолетах. В дальнейшем появились двухдвигательные самолеты, которые могут лететь на одном двигателе 120 минут и более. Например, самолет Boeing 777 сертифицирован по ETOPS 180, то есть может лететь на одном двигателе не менее 180 минут.

Соответственно, возможности по покрытию планеты маршрутной сетью становится все больше

Это важно при полетах над океанами и для спрямления маршрутов, что влияет на расход топлива и время полета. Boeing 787 Dreamliner был сертифицирован уже по ETOPS 330

Но самым продвинутся самолетом с этой точки зрения является Airbus A350 . Он сертифицирован по ETOPS 370. Только подумайте, более 6 часов этот самолет может лететь на одном двигателе.

Источник

Крыло

Крыло — это собственно тот элемент конструкции, который помогает самолету взлететь. Сила, поднимающая самолет в воздух, образуется за счет разности давлений на нижнюю и верхнюю поверхности его крыла. А эта разность возникает из-за того, что длина верхнего профиля крыла больше, чем длина нижнего, и за равный промежуток времени верхнему потоку приходится преодолевать большее расстояние, чем нижнему. Верхний поток как бы «растягивается», становиться разреженным, и плотность его уменьшается. При уменьшении плотности верхнего потока уменьшается и сила, давящая на верхнюю часть крыла. Сила же, давящая на нижнюю часть крыла, по-прежнему остается большой, поэтому крыло как бы выталкивает вверх. Сила, возникающая за счет разности сил, давящих на нижнюю и верхнюю часть крыла, называется подъемной силой.

Схема распределения воздушных потоков по профилю крыла:
1 — угол атаки; 2 — направление воздушного потока; 3 — хорда крыла; 4 — профиль крыла

Величина этой силы зависит от очень многих факторов, начиная от площади крыла и заканчивая его профилем. Линия, которая соединяет две точки крыла, находящиеся на наибольшем удалении друг от друга, называется хордой крыла. Хорда крыла образует с потоком воздушных частиц, направленных навстречу крылу, особый угол — угол атаки. Его величина в значительной степени влияет на подъемную силу. Чем она больше, тем выше подъемная сила.

Крыло самолета может быть прямым, стреловидным, треугольным, трапециевидным, эллиптическим, с обратной стреловидностью и т. д. Каждое из них имеет свои достоинства и недостатки. Так, прямое крыло характеризуется высоким коэффициентом подъемной силы, но оно непригодно для сверхзвуковых скоростей из-за сильного лобового сопротивления потокам воздуха, а треугольное, отличаясь пониженным лобовым сопротивлением, имеет невысокую несущую способность.

Разновидности крыла самолета: а — прямое; б — стреловидное; в — с наплывом; г — сверхкритическое; д — треугольное; е — трапециевидное; ж — эллиптическое; з — с обратной стреловидностью

Реактивные двигатели

К реактивным относятся турбореактивные, турбореактивные двухконтурные, прямоточные и пульсирующие реактивные двигатели.

Турбореактивный двигатель (ТРД)

Этот тип двигателя является основным в реактивной авиации.

Сила тяги, необходимая для движения, создаётся путём преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи продуктов сгорания топлива.

В теплотехнике существует понятие «рабочее тело». Это какое-то условное тело, которое расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Энергию рабочее тело получат при сжатии, а при расширении оно выполняет механическую работу, благодаря которой приводится в движение рабочий орган.

В турбореактивном авиационном двигателе рабочим телом является атмосферный воздух, который через входное устройство подаётся в компрессор, где и сжимается. Следующий этап – камера сгорания, где воздух нагревается и смешивается с продуктами сгорания керосина. Образовавшаяся газовоздушная смесь попадает на турбину, через рабочие лопатки вращает её, расширяется и теряет часть своей энергии. Эта энергия превращается в механическую энергию основного вала, расходуется на работу компрессора, а также на работу топливных и масляных насосов, привода электрогенераторов, которые вырабатывают электроэнергию для различных бортовых систем самолёта.

Но основная часть энергии газовоздушной смеси разгоняется в специальном сужающемся устройстве, которое называется реактивное сопло. За счёт реактивной струи появляется сила тяги двигателя.

На сверхзвуковых самолётах применяют турбореактивные двигатели с форсажной камерой. В них между турбиной и соплом установлена дополнительная камера, которая и называется форсажной. В этой камере сжигается дополнительное топливо, что вызывает увеличение тяги (форсаж) до 50 %. Но его расход в таких двигателях значительно выше, чем у обычных ТРД.

Турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД)

1 – компрессор низкого давления; 2 – внутренний контур; 3 – выходной поток внутреннего контура; 4 – выходной поток внешнего контура.

Этот двигатель имеет два контура: внутренний и внешний. Его отличие от обычного турбореактивного заключается в том, что весь воздушный поток сначала попадает в компрессор низкого давления. Затем основная часть воздуха проходит по внутреннему контуру такой же путь, как и в обычном турбореактивном двигателе. То есть, попадает в другой компрессор, сжимается, нагревается, смешивается в камере сгорания с топливом и разгоняется в сопле для образования реактивной тяги. А вторая часть воздуха проходит напрямую по внешнему контуру поверх внутреннего контура, оставаясь холодной, и выбрасывается, не сгорая

Тем самым создаётся дополнительная тяга и уменьшается расход топлива, что очень важно для самолёта. А также снижается и шум двигателя

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД)

1 – воздух; 2 – впрыск горючего; 3 – стабилизатор пламени; 4 – камера сгорани; 5 – сопло; 6 – форсунки.

Этот двигатель не имеет ни турбины, ни компрессора. Он состоит из трёх обязательных элементов: диффузора, камеры сгорания и сопла.

Диффузор повышает статистическое давление за счёт торможения встречного потока воздуха. В камере сгорания происходит сгорание топлива. Окислителем служит кислород воздуха, поступающий из диффузора. Тяга создаётся за счёт реактивной струи, вытекающей из сопла.

В зависимости от скорости полёта ПВРД подразделяют на дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые. Каждая из групп имеет свои конструктивные особенности.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

1 – воздух; 2 – горючее; 3 – клапанная решётка; 4 – форсунки; 5 – свеча зажигания; 6 – камера сгорания; 7 – сопло.

В таком двигателе имеется камера сгорания с входными клапанами и длинное выходное сопло цилиндрической формы. Когда клапаны открываются, в камеру сгорания подаются воздух и топливо. Искра свечи зажигания поджигает смесь. Образуется избыточное давление, которое закрывает клапаны. А продукты сгорания выбрасываются через сопло, тем самым создавая реактивную тягу.

И прямоточные, и пульсирующие воздушно-реактивные двигатели на практике применяются довольно редко.

История развития авиадвигателей

Первый самолет, который запустили братья Райт, имел двигатель с 4-мя цилиндрами. Конечно же, это значительно более простая конструкция, чем те, которые используются сейчас. И, как отмечают эксперты, без эволюции самолетного двигателя было бы невозможно развитие авиаотрасли вообще – примитивные первые моторы просто бы не потянули огромные и мощные машины, летающие сегодня.

Первый авиационный двигатель создал Джон Стрингфеллоу – он считается изобретателем специального двигателя на пару, предназначенный для неуправляемой модели. Но, как показала практика, паровые двигатели не подошли для авиации – они оказались чрезмерно тяжелыми.

C 1903 года началась, как назвали ее эксперты и аналитики, настоящая война моторов. Чарльз Тэйлор поставил на лайнер братьев Райт двигатель, так называемой рядной конструкции – в нем цилиндры находятся один за другим. Есть здесь аналогия с простым автомотором.

Цилиндры в ряд не давали двигателю необходимой мощности, которая требовалась для самолетов. В 1906 году появился двигатель, где цилиндры разместились под прямым углом друг к другу. Также такой вариант мотора имел впрыск. Далее промышленность развивалась, прием достаточно активно. Вследствие этого авиаотрасль имеет современные и мощные моторы.

На разгоне

Пока концерн GM удивлял публику футуристическими концепткарами, компания Chrysler подготовила не только ходовой образец, но и предсерийную партию купе с бесхитростным именем Turbine. Двухдверный автомобиль с куда более земным, нежели у концепткаров GM, дизайном имел классическую компоновку, турбину мощностью 130 л.с. и автоматическую трехступенчатую коробку передач без гидротрансформатора. Коробка, по заявлению производителя, была необходима для предотвращения опасного роста оборотов турбины, скажем, при отрыве одного или двух колес от земли.

Очередной «наземный истребитель» от концерна GM — экспериментальный Firebird 1959 года.

Последний шоу-кар Firebird 1964 года, по слухам, уже и ездить не умел.

Компания изготовила около 80 автомобилей и раздала их на испытания обычным американцам — жителям всех уголков США, мужчинам и женщинам разных возрастов. В 1964 году несколько машин работало на Нью-Йоркской международной автомобильной выставке ходовыми шоу-карами: в них мог прокатиться любой желающий. Добровольные испытатели в целом остались довольны машиной, хотя отмечали и недостатки.

В плюс Крайслеру с турбиной записывали уверенный пуск при любой температуре и меньшие, чем у машин с поршневыми двигателями, вибрации, а также низкий объем обслуживания. К недостаткам относили повышенный шум (правда, лишь при интенсивном разгоне) и высокий расход топлива при сравнительно небольшой скорости. Кстати, про характерный шум говорил и гонщик Грэм Хилл, выступавший в те годы на газотурбинном Ровере в Ле-Мане и сравнивавший звук двигателя с ревом Боинга, который, кажется, вот-вот засосет пилота в свою турбину.

Единственный газотурбинный автомобиль, выпущенный небольшой серией, - Chrysler Turbine. Почти все из 80 сделанных машин компания потом уничтожила, остались единицы.

Но главным недостатком Крайслера называли большую, примерно в пару секунд, задержку при старте с места и после интенсивного замедления. Избавиться от этого конструкторам так и не удалось.

Всё вроде было готово к серийному производству, вложили деньги в массированную рекламу, но даже мощный американский концерн не смог инвестировать огромные средства в массовый выпуск турбин, требующих высокой точности изготовления. А тут еще подоспели новые экологические нормы. В общем, на этом история единственного почти серийного автомобиля с газовой турбиной закончилась. Иные именитые компании — Fiat и Renault — ограничились единичными скоростными образцами, принесшими фирмам славу, но не коммерческий успех.

Fiat Turbina 1954 года с двигателем мощностью 300 л.с. развил скорость 250 км/ч.

В 1956 году Renault Etolie Filante («Падающая Звезда» — двусмысленное название) разогнался до 308,6 км/ч.

А нам пора вернуться на военный аэродром под Горьким (ныне — Нижний Новгород), где в 1954 году в свой первый и единственный заезд ушел ГАЗ-ТР с реактивным двигателем.

Двухконтурный РД

Принцип работы реактивного двигателя

В общем виде принцип работы реактивного двигателя практически аналогичен принципу работы ядерного двигателя. Для первого применяется химическая движущая энергия, для вотрого же – энергия ядерных элементов.

Многие из нас, особенно мужская половина населения (на службе в армии, на охоте, в тире, на полигоне), стреляли из огнестрельного оружия и, соответственно, чувствовали на себе действие реактивной силы в виде отдачи. Этот же принцип, основанный на законе сохранения импульса, применяется в реактивных двигательных установках, в которых главным двигательным веществом является топливо.

Если рассмотреть вариант реактивного двигателя, функционирующего на керосиновом топливе, то в смесительном отсеке агрегата, где топливо смешивается с окислителем и происходит горение состав, выпускается огромнейшая энергия в виде тепла и мгновенного повышения давления в 10-20-30 и более раз выше атмосферного.

При постоянном поступлении топлива и окислителя (воздуха, жидкого кислорода, азотной кислоты) выходная кинетическая энергия рабочей отработанной смеси будет обладать высоким движущим импульсом. И истекающие струи через «Лавальское» сопло агрегата в окружающее пространство будут приводить в движение установку за счет выталкивающего момента.

Рисунок 2 – Иллюстрационное изображение работы реактивного двигателя

Сверхзвуковые ПВРД

Поршневые двигатели (ПД)

Звездообразный (радиальный) поршневой двигатель.

Двухрядный звездообразный 14-ти цилиндровый поршневой двигатель с воздушным охлаждением. Общий вид.

Поршневой двигатель (англ. Piston engine) –

Классификация поршневых двигателей.
Авиационные поршневые двигатели могут быть классифицированы по различным признакам:

• В зависимости от рода применяемого топлива – на двигатели легкого или тяжелого топлива.
• По способу смесеобразования – на двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные) и двигатели с внутренним смесеобразованием (непосредственный впрыск топлива в цилиндры).
• В зависимости от способа воспламенения смеси – на двигатели с принудительным зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия.
• В зависимости от числа тактов – на двигатели двухтактные и четырехтактные.
• В зависимости от способа охлаждения – на двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.
• По числу цилиндров – на двигатели четырехцилиндровые, пятицилиндровые, двенадцатицилиндровые и т.д.
• В зависимости от расположения цилиндров — на рядные (с расположением цилиндров в ряд) и звездообразные (с расположением цилиндров по окружности).

Рядные двигатели в свою очередь подразделяются на однорядные, двухрядные V-образные, трехрядные W-образные, четырехрядные Н-образные или Х-образные двигатели.
Звездообразные двигатели также подразделяются на однорядные, двухрядные и многорядные.

• По характеру изменения мощности в зависимости от изменения высоты – на высотные, т.е. двигатели, сохраняющие мощность с подъемом самолета на высоту, и невысотные двигатели, мощность которых падает с увеличением высоты полета.
• По способу привода воздушного винта – на двигатели с прямой передачей на винт и редукторные двигатели.

Современные авиационные поршневые двигатели представляют собой звездообразные четырехтактные двигатели, работающие на бензине. Охлаждение цилиндров поршневых двигателей выполняется, как правило, воздушным. Ранее в авиации находили применение поршневые двигатели и с водяным охлаждением цилиндров.

Сгорание топлива в поршневом двигателе осуществляется в цилиндрах, при этом тепловая энергия преобразуется в механическую, так как под действием давления образующихся газов происходит поступательное движение поршня. Поступательное движение поршня в свою очередь преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя через шатун, являющийся связующим звеном между цилиндром с поршнем и коленчатым валом.

Двигатель М-2

Итак, начало 20-х годов XX века. Молодой стране Советов досталось скромное наследство в области авиационной техники, но особенно плохо обстояло дело с авиационными двигателями. В двадцатые годы эксплуатировался ротативный двигатель, в котором вращался блок цилиндров, а вместе с ним и воздушный винт, двигатель воздушного охлаждения М-2 мощностью 120 л.с. Строился он по образцу 9-цилиндрового французского двигателя «Рон». Затем осваивался 12-цилиндровый двигатель водяного охлаждения М-5 мощностью 420 л.с. — копия американского «Либерти» и, наконец, V-образный двигатель М-6 мощностью 300 л.с. по образцу французского «Испано-Сюиза». Устанавливались они на самолетах марки «Авро», «Ньюпор», «Фоккер», «Хавеланд», а также на некоторых других, составлявших материальную основу наших ВВС, и имели очень небольшой ресурс работы. Однако это обращение к иностранным образцам позволило готовить собственных специалистов и организовать планомерную разработку отечественных авиационных моторов.

М-2-120 — копия двигателя Le Rhone 9Jb с алюминиевыми поршнями, мощность 120 л.с.

Пришло время, когда стало необходимым создание специализированных научно-исследо­ватель­ских и опытно-конструкторских организаций. Рабочие группы профессора Н. Р. Брилинга явились теми небольшими ячейками, с которых началась организация отечественного моторостроения. В 1918 г., одновременно с созданием Н. Е. Жуковским ЦАГИ, Н. Р. Брилинг создал НАМИ (Научно-автомоторный институт) и конструкторское бюро при нем преимущественно из выпускников МВТУ. Будущие главные конструкторы В. Я. Климов, А. А. Микулин, А. Д. Швецов, А. Д. Чаромский, В. А. Добрынин, Е. В. Урмин начинали работать под его руководством. Кроме того, сам будучи профес­сором МВТУ, он читал лекции по двигателям внутреннего сгорания. Позднее было разработано несколько проектов двигателей. Тем не менее, поскольку техническая база в стране оставалась слабой, авиационные двигатели в больших количествах закупались за границей.

Огромную роль в организации, становлении и создании отечественного моторостроения сыграл заместитель Народного комиссара тяжелой промышленности, который до 1931 г. являлся и начальником Военно-воздушных сил, Петр Ионович Баранов, Он всегда поддерживал опытные работы, направленные на развитие авиации, и отлично понимал, какую роль сыграет в совер­шенствовании моторостроения собственный научно-исследовательский центр, которым стал Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ). Этот институт объединил научные и отчасти конструкторские силы, работавшие в этой области. В него вошли винтомоторный отдел ЦАГИ, руководимый Б. С. Стечкиным, а также авиационный отдел Автомоторного института с конструкторами А. А. Микулиным, В. Я. Климовым, В. А. Добрыниным и другими.

Подробности

Типы современных авиационных двигателей

Все атмосферные авиационные двигатели делятся на реактивные и винтовые.

Реактивные двигатели подразделяются на:

~ турбореактивные (ТРД),

с форсажем ТРДФ

~ двухконтурные ТРД (ТРДД),

с форсажем ТРДДФ

~ прямоточные ВРД (ПВРД)

~ пульсирующие ВРД (ПВРД)

Винтовые двигатели подразделяются на:

~ Винтомоторные

~ Турбовинтовые: авиационные газотурбинные (ГТД) и турбовальные (вертолётные ГТД)

Турбореактивные двигатели (ТРД)

Массовое применение двигателей этого типа началось в конце второй мировой войны.

ТРД были основными двигателями до шестидесятых годов прошлого века. Затем их начали постепенно вытеснять ТРДД.

Конструктивно TРД состоит из:

~ Входного устройства двигателя

Служит для забора атмосферного воздуха.

~ Компрессора

Служит для сжатия воздуха, с целью повышения его давления.

Кроме того, в компрессоре увеличивается и температура воздуха.

~ Камера сгорания

Служит для смешивания топлива и сжатого воздуха и сжигания топливно-воздушной смеси (ТВС). В процессе сгорания ТВС температура в камере сгорания может повышаться до 2000 градусов.

~ Турбины

Служит для преобразования  энергии газов, выходящих из камеры сгорания на огромных скоростях. Турбина и компрессор находится на одном валу, то есть жестко связаны между собой.

~ Реактивного сопла

Служит для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Расширяющийся в сопле газ образуют мощную струю, которая вытекая из него, придает движение самолету.

Принцип работы обычного ТРД

Входное устройство забирает атмосферный воздух, где он слегка сжимается и продаётся в компрессор. Компрессор имеет много ступеней. На каждой ступени расположены титановые лопатки. Они проталкивают воздух по ступеням компрессора. При этом он сильно сжимается и нагревается. Затем сильно сжатый и горячий воздух поступает в камеру сгорания. Туда же подводится топливо.

В некоторых TРД конструкцией предусмотрено два вала. В таких двигателях имеется компрессор низкого давления и компрессор высокого давления. Соответственно имеется турбина низкого давления и турбина высокого давления. Такие двигатели более эффективны.

Классы реактивных двигателей:

Системы бортового оборудования

Все, что обеспечивает жизнь машины в воздухе и правильность ее поведения в полете — управляемость, безопасность, надлежащие условия для пассажиров и экипажа, исправное выполнение специальных функций, для которых, собственно, машина и создавалась, — называют системами бортового оборудования.

Часть бортовой системы электроснабжения самолета: преобразователь тока

В 1970-х годах, когда на воздушные суда начали все шире проникать электронные устройства, для этих систем появился термин «авионика», совместивший в себе понятия «авиация» и «электроника». Оборудование летательных аппаратов подразделяют на собственно авиационное, радиоэлектронное и авиационное вооружение (для военных машин).

К авиационному оборудованию относится, прежде всего, электрика, в том числе системы энергоснабжения, светотехническое оборудование, системы управления силовыми установками (двигателями машины), системы кондиционирования, автоматические противопожарные средства, противообледенительные системы.

Система энергоснабжения обеспечивает электроэнергией все системы и аппараты машины, питаемые от электричества. В нее входят в первую очередь авиационные генераторы, отличающиеся от аналогичных наземных устройств меньшими размерами и весом.

Часть бортовой системы электроснабжения самолета: генератор постоянного тока

Затем — преобразователи тока, изменяющие его род и характеристики при подаче к электрическим аппаратам. Аварийными источниками питания, которые применяются при выходе из строя основных, служат аккумуляторные батареи.

Наконец, сами электрические провода и коробки для их разветвления, а также разного рода реле, включающие и выключающие в нужный момент то или иное электрическое устройство.

Светотехническое оборудование самолета подразделяется на внешнее и внутреннее. Первое устанавливается на крыле, фюзеляже, хвостовом оперении. Оно служит для предотвращения столкновения с другими машинами, освещения взлетно-посадочной полосы, подсветки опознавательных знаков на борту и прочее. На консолях крыла, носу и хвосте находятся аэронавигационные огни, обозначающие габарит машины в темноте.

Части бортовой системы электроснабжения самолета: а — реле; б — распределительная коробка

Внутреннее освещение применяется в самом самолете — в кабине пилотов, пассажирских отсеках. Оно же используется для подсветки приборных досок.

К приборному оборудованию самолета относятся устройства, осуществляющие измерения условий полета: атмосферное давление за бортом и высоту машины над землей, скорость полета и число Маха (то есть отношение скорости самолета к скорости звука), скорость ветра за бортом, температуру воздуха и прочее. Все приборы, контролирующие эти показатели, называют аэрометрическими.

Фара для освещения взлетной полосы, применявшаяся в советских летательных аппаратах. На снимке — в убранном положении

Отдельная приборная система следит за работой силовых установок: проверяет температуру и давление в рабочих камерах двигателей, предупреждает о сбоях в управляющих системах. Специальные пилотажно-навигационные приборы сверяют движение машины с заданным курсом.

К авиационному оборудованию относят и средства объективного контроля, следящие как за оборудованием машины, так и за поведением ее экипажа, причем делающие это независимо от него. Такие средства, называемые черными ящиками, нужны для выяснения причин аварий. В эту же группу входят и всем известные автопилоты — средства, позволяющие вести машину по заданному курсу в автоматическом режиме. Система предупреждения о столкновении «обозревает» пространство вокруг машины, передает сигналы встречным воздушным судам, сообщает о появлении других машин своему пилоту.

Бортовой аэронавигационный огонь самолета

Поделиться ссылкой

Особенности конструкции турбореактивного двигателя

Турбореактивный двигатель (ТРД)

ТРД стал самым распространённым в авиации воздушно-реактивным двигателем. Он является базой для создания целого семейства двигателей, объединяемых под общим названием газотурбинных двигателей. ТРД используют в качестве горючего керосин, находящийся в топливных баках, а в качестве окислителя – кислород воздуха.

Поток воздуха, попадающего в двигатель, тормозится во входном устройстве (1), в результате чего давление воздуха перед осевым компрессором (2) повышается. Ротор (вращающаяся часть) объединяет ряд рабочих колёс компрессора (3), представляющих собой диски с закреплёнными на них рабочими лопатками.

 Сжатый воздух из компрессора попадает в камеру сгорания (7). Примерно 25–35% от общего потока воздуха направляется непосредственно в жаровые трубы, где происходит основной процесс сгорания керосина, поступающего в распылённом состоянии через форсунки (5).

Другая часть воздуха обтекает наружные поверхности жаровых труб, и на выходе из камеры сгорания смешивается с продуктами сгорания для их охлаждения, что позволяет поддерживать температуру газовоздушной смеси в камере сгорания на уровне, определяемом допустимой теплопрочностью стенок камеры сгорания, лопаток ротора (8) и лопаток спрямляющего аппарата турбины (9). 

Часть механической мощности отбирается от вала (6) для привода агрегатов двигателя  и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии продуктов сгорания идёт на ускорение газового потока в выходном устройстве ТРД – реактивное сопло (10), т. е. на создание реактивной тяги.

Стартовая закрутка вала (5) осуществляется стартером, приводимым при запуске двигателя от наземного или бортового электроагрегата, при дальнейшей работе двигателя вращение вала поддерживается вращением ротора турбины.

Ракетные двигатели

В авиации ракетные двигатели используются в особых случаях как дополнительные двигатели для сокращения длины разбега самолёта при взлёте или сокращения длины пробега при посадке, а также для увеличения мощности при полётах в чрезвычайных ситуациях. Применяют их и на исследовательских или экспериментальных самолётах.

Ракетные двигатели разделяются на твёрдотопливные и жидкостные. В твёрдотопливных (РДТТ) и топливо, и окислитель находятся в твёрдом состоянии, а в жидкостных (ЖРД) – в жидком агрегатном состоянии. Сгорание топлива происходит в камере сгорания – основной части ракетного двигателя. А газы, образуемые при сгорании, выбрасываются через реактивное сопло, создавая реактивную тягу.

Так как окислитель для горения ракетные двигатели везут с собой, то они не зависят от воздушной среды, и прекрасно зарекомендовали себя в разреженном и безвоздушном пространстве. Их используют для подъёма и разгона баллистических ракет, космических кораблей, запуска спутников.

• < Назад
• Вперёд >